◄ GPS چیست؟

وبلاگ تین نیوز، محمدمهدی سرگزی | سیستم GPS سیگنال‌هایی را ارسال می‌نماید كه توسط گیرنده‌های GPS دریافت می‌شود و موقعیت مكانی،‌ سرعت و زمان را در هر جای كره زمین در هر موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می‌نماید. سیستم مكان‌یاب جهانی یا GPS یك منبع ملی و مورد استفاده بین‌المللی برای یافتن موقعیت محل،‌ مسیریابی و زمان سنجی می‌باشد و از سه قسمت تشكیل یافته است. 

فضا، كاربر، كنترل ( Space , User , Control )
سیستم GPS شامل 3 بخش،‌ فضا، كنترل و كاربری می‌باشد. بخش فضایی شامل آرایش ماهواره‌ها در فضا با (Constellation) است. اولین سری این ماهواره‌ها در سال 1978 در مدار قرار داده شد و در سال 1986 توسعه و تكمیل آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS به علت جلوگیری از خطرات ناشی از عدم مسیریابی انجام پذیرفت. در فوریه 1989 آرایش ماهواره‌ای سیستم GPS با 24 یا تعداد بیشتری ماهواره در مدار كامل و فعال گردید. سیستم كنترل توسط ارتش آمریكا انجام می‌گیرد كه ردیابی و نگهداری آنها را در مدار كنترل می‌نماید.
بخش كاربرها، شامل كاربرهای نظامی و شخصی هر دو می‌باشد. كاربرهای نظامی از سیستم GPS به عنوان، مسیریابی،‌ شناسایی، و سیستم هدایت موشكی استفاده می‌نمایند و كاربرهای شخصی هم می‌توانند همانند نظامی‌ها و براساس نیاز از این سیستم استفاده كنند. 

بخش فضایی( Space Segment )
ماهواره‌های GPS در حدود 900 kg وزن و 5 متر با نیل‌های خورشیدی طول دارند. عمر مفید این ماهواره‌ها برای 7.5 سال طراحی شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنل‌های خورشیدی نیروی اولیه را تهیه می‌نمایند و نیروی (تغذیه) ثانویه توسط باطری‌های Nicod تأمین می‌شود. در هر ماهواره چهار ساعت (Clock) اتمی فوق‌العاده دقیق نصب گردیده است. در سپتامبر 2001 تعداد ماهواره‌های مورد استفاده در مدار 27 عدد بوده است. 

مدارات ماهواره‌ها( Satellite orbits )شامل 6 مدار با فاصله 60 درجه و در هر مدار 4 ماهواره وجود دارد و این امكان را فراهم می‌سازد كه با وجود اشكال و خرابی 2 ماهواره در هر مدار سیستم كار نرمال خود را انجام دهد. هر سطح مداری شیبی برابر با 55 درجه با سطح مدار استوایی دارد. ارتفاع زیاد مدار (km 20000) باعث ثابت ماندن ماهواره‌ها در مدارشان می‌شود. همچنین ارتفاع زیاد ماهواره باعث پوشش منطقه وسیعی در روی زمین می‌شود. ماهواره‌های GPS هر نقطه در روی زمین را 2 بار در روز پوشش می‌دهند (از هر نقطه در روی زمین دوبار در روز می‌گذرند). 

سیگنال‌های ماهواره ( Satellite Signals )
هر ماهواره یك سیگنال مسیریابی كه شامل عناصر مداری، وضعیت ساعت (Clock)‌، زمان سیستم و وضعیت پیام‌ها می‌باشد را ارسال می‌نماید. به علاوه یك تقویم نجومی (almanac) تهیه می‌شود كه اطلاعات (تقریبی) را برای هر ماهواره فعال ارسال نماید. سیگنال‌های رادیویی با سرعت نور منتشر می‌شوند. 300 هزار كیلومتر در ثانیه، مدت زمان 0.06 ثانیه طول می‌كشد كه سیگنال ارسالی از ماهواره GPS به زمین برسد. این سیگنال‌ها با قدرت كم (حدود 300 تا 350 وات در طیف مایكروویو) ارسال می‌گردند.
 
كد C/A (Coarse A qwsition Cood) برای استفاده كاربرهای شخصی در دسترس می‌باشد و به عنوان (SPS) (Standard Positining Service) مسیریابی استاندارد. PPS یا Precise Positioning Service سرویس مكان یابی دقیق كه منحصراً در دسترس كاربرهای نظامی و كاربرهای مجاز می‌باشد. سیگنال‌های ماهواره به خط مستقیم جهت رسیدن و استفاده گیرنده‌های GPS نیازدارند. درخت، ساختمان،‌ كوه و حتی دست و یا بدن می‌تواند سیگنال‌های ماهواره‌ها را بلوكه نماید. 

تقویم نجومی یا Almanac شامل اطلاعاتی راجع به مدارات 24 ماهواره می‌باشد. یك گیرنده GPS از تقویم نجومی كه در پیام‌های دیتای ماهواره وجود دارد برای موقعیت هر ماهواره‌ای كه ردیابی می‌كند استفاده می‌نماید. 

نرم افزار mission planning برای تهیه گراف و موقعیت ماهواره‌های قابل رؤیت و بهترین زمان بررسی در منطقه مخصوص،‌ از تقویم نجومی استفاده می‌نماید. تقویم نجومی برای مدت 30 روز معتبر است،‌ اما هر بار كه گیرنده GPS روشن می‌شود به طور اتوماتیك تقویم نجومی را دریافت می‌كند (در مدت زمان 15 دقیقه). استفاده از تقویم نجومی به روز یا up-to-date برای استفاده از ماهواره‌هایی كه در دید گیرنده‌های GPS قرار می‌گیرند بسیار مهم می‌باشد. 

بخش كنترل Control Segment
بخش كنترل شامل پنج ایستگاه مونیتور در اقصا نقاط جهان شامل هاوایی، كواجالین،‌ جزیره اسنشن، دیوگوگارسیا و كلورادو است. ایستگاه (MCS) یا مركز كنترل در كلورادو قرار دارد. ایستگاه‌های مونیتور، ماهوار‌های در معرض دید را ردیابی می‌نماید و اطلاعات فاصله را جمع‌آوری و این اطلاعات را در ایستگاه MCS تجزیه و تحلیل و سپس مدارات ماهواره‌ها را مشخص می‌نماید و پیام‌های هر ماهواره مكان‌یاب را به روز می‌نماید. 

اطلاعات به روز شده از طریق آنتن‌های زمینی به ماهواره‌ها ارسال می‌گردد. ماهواره‌های GPS 1- پیام‌های اطلاعاتی ماهواره (موقعیت و زمان) 2- تقویم نجومی 3- اصلاح مداری را كه از ایستگاه MCS دریافت می‌نمایند، ارسال می‌كنند و گیرنده‌های GPS از تمامی این اطلاعات جهت محاسبه موقعیت استفاده می‌نمایید. 

سامانه های GPS
Global Positioning Sysyem یا سیستم موقعیت یاب جهانی به سامانه ای متشكل از 28 ماهواره اطلاق می شود كه هر یك از آنها با قرار گیری در یك آرایش مثلثی ( 3 تایی ) می توانند قسمتی از كره زمین را تحت پوشش قرار داده و ناوبری نمایند. 

در این حال علاوه بر نمایش موقعیت مكانی كاربر بروی نقشه منطقه ای یا جهانی پارامترهای دیگری نظیر سمت و ارتفاع را به صورت بارومتریك از سطح دریا و وضعیت افق را بصورت دیداری گزارش می دهد.
گیرنده های ماهواره ای GPS در انواع گوناگون ساخته شده و در مصارف عمومی نظیر سفر و گردشگری، كوهنوردی و ورزش كاربرد دارد. نوع دیگری از این سامانه در هدایت و ناوبری خودروها، هواپیماها، بالگرد ها و نیز شناورهای كوچك و بزرگ بكار گرفته می شود. 

در اینجا به معرفی مدل های مطرح از سری گیرنده های عمومی ساخت گارمین و ماژلان می پردازیم.
1- سری Geko - در مدلهای 101-201-301 – این گیرنده كوچكترین و سبكترین GPS دنیا بشمار می رود.
از قابلیت های آن می توان به مقاومت در برابر نفوذ آب، ثبت 500 نقطه، كمپاس الكترونیكی، ارتفاع سنج بارومتریك و بازی اشاره كرد. این مدل از 2 عدد باطری سایر AAA نیرو گرفته و به همراه نرم افزار و كیف حمل عرضه می شود. این قابلیت ها با توجه به مدل دستگاه متغییر می باشد. 

2- سری Etrex – این گیرنده در مدلهای ایتریكس، سامیت و ویستا عرضه می شود. از طراحی موزون و ارگونومیك برخوردار است. قابلیت های آن شامل: 12 كانال دریافت و قابلیت DGPS با فرمت RTCM  5 صفحه ناوبری و قابلیت ثبت 500 نقطه، سیستم نمایش افق محلی ( خورشید و ماه )، قابلیت رسم پروفیل تغییرات ارتفاع و فشار بر مبنای زمان و با فاصله روی نقشه، حافظه 24 مگابایتی جهت انتقال نقشه، نشاندهنده پارامترهای Jumpmaster ، قابلیت برنامه ریزی به همراه نرم افزار، كیف حمل و كابل اتصال به رایانه. سری ایتریكس این امكان را دارد تا بصورت آپشن شارژر فندكی خودرو ، كابل ارتباط به رایانه، نگهدارنده خودرویی و آنتن خارجی را انتخاب نماید. 

3- سری Meridian و Sportrak ساخت ماژلان – این مدلها را می توان در كلاس ورزشی قرار داد. از طراحی مناسبی برخوردار بوده و آنتن داخلی آن حساسیت بالایی در گیرندگی امواج دارد. قابلیت های آن شامل: 12 كانال دریافت امواج، دارای قطب نمای كاملاً دیجیتالی، ارتفاع سنج، فشارسنج بصورت مجزا، مقاومت در برابر نفوذ آب و دارای نقشه جهانی. این گیرنده ها با 2 عدد باطری سایز AAA تغذیه می شوند. 

مدلهای دیگری از این گیرنده ها علاوه بر قابلیت های ذكر شده یك فرستنده و گیرنده برد كوتاه LPD در محدوده فركانسی UHF-ISM را دارا هستند كه این امكان را به كاربر می دهد در صورت نیاز بتواند ارتباط رادیویی بی سیم را با كاربری دیگر تا شعاع 2 كیلومتری برقرار نماید. ( مدل Rino110-120 ). در برخی مدل ها علاوه بر موقعیت یابی دستگاه این امكان را دارد تا با خطوط تلفنی موبایل بروش GSM-GPS هماننده یك تلفن همراه معمولی ارتباط داشته و از امكانات موجود در شبكه استفاده نماید. (مدل NavTalk)